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CHIMICA ANALITICA II CON LABORATORIO (AA 2016-17) 8 C.F.U. - Laurea triennale in Chimica 9

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CHIMICA ANALITICA II CON LABORATORIO

(AA 2016-17)8 C.F.U. - Laurea triennale in Chimica

9

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SEPARAZIONE ANALITICA=

preparazione del campione +determinazione analitica

Preparazione del campione = separazione di componenti di una miscela, grazie a filtrazione e setacciatura, estrazioni, volatilizzazioni, distillazioni, flottazione, liofilizzazione, dialisi, osmosi, equilibri di scambio ionico, metodi cromatografici (capitolo 20)

Separazioni analitiche si basano su moduli strumental i caratterizzati da: � Sistema di introduzione del campione� Unità di separazione� Detector/rivelatore� Acquisizione e valutazione dei dati

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Metodo Matrice Metodo Matrice

pesata L/S cambio di solvente L

essicazione G/L/S estrazione Soxhlet S

filtrazione L estrazione liquido liquido L

aggiustamento di pH L estrazione liquido solido S

omogeneizzazione S estrazione in fase solida L/G

macinazione S estrazione con fluido supercritico S

precipitazione BIO tecniche in spazio di testa G/L/S

mescolamento G/L/S estrazione assistita da microonde L/S

digestione S(BIO) estrazione assistita da sonicazione L/S

disgregazione cellulare S/L(BIO) dispersione della matrice in fase solida L/S

dialisi L estrazione liquida pressurizzata L/S

ultrafiltrazione L estrazione in corrente di vapore L/S

miscelazione S micro-estrazione in fase solida L/G

liofilizzazione S/BIO estrazioni con membrana L/G

sonicazione L/S estrazione per assorbimento su barra agitatrice L/G

arricchimento delle tracce ALL derivatizzazione L/S

centrifugazione L concentrazione ALL

diluizione L cromatografia su colonna L(estratti)

addizione di standard interno ALL

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Perdite di analiti possono verificarsi nei diversi stadi di procedure di pretrattamento del campione: in generale serve che le p.di p. siano progettate in modo che il quantitativo di analita(i) nel campione iniziale sia trasferito in modo il più quantitativo possibile nel campione trattato. L’efficienza del trasferimento viene definita come recupero dell’analita o resa dell’analita (spesso %):

Recupero = quantitativo di analita nel campione trattato/ quantitativo di analita nel campione iniziale

• Buono se supera il 90%.• Si misura spesso aggiungendo un quantitativo noto di analita

in un campione “bianco”(“blank” è un campione che non contiene l’analita di interesse) e misurandone la concentrazione nel campione dopo il pretrattamento.

• In aggiunta, uno standard interno, che è aggiunto al campione prima del pretrattamento del campione, può essere usato per la correzione del recupero, sul campione reale.

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Effetto matriceLa composizione del campione può essere alquanto complessa ed influenzare la risposta strumentale.La variazione di segnale analitico causata da tutto ciò che è presente nel campione escluso l’analita viene definita come effetto matrice.Cause dell’effetto matrice possono essere di tipo chimico o fisico:• complessazione dell’analita• formazioni di composti “mascheranti”• variazione dell’attività• alterazione del pH........• variazioni delle proprietà fisiche del mezzo .......Alcune esempi di matrici:• soluzioni ad alta concentrazione di soluti (scarichi, acque salmastre,

salamoie, bibite zuccherine, ..)• miscele acqua-solvente organico (processi industriali, vini, bibite alcooliche,

....)• soluzioni con alto contenuto proteico (fluidi biologici, alimenti, ....)• soluzioni ad elevata acidità (scarichi, estrazione di metalli da matrici solide,

....)

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Macinazione, omogeneizzazione ed essicazione del campione per campioni solidi

• Omogeneizzazione ha lo scopo di raggiungere una distribuzione uniforme di tutti i composti nel campione. Inoltre l’estrazione è più efficace quando quando si diminuisce la dimensione delle particelle di campione.

• Mortaio e pestello o mulino/“grinding mill”. • Per composti termolabili necessario raffreddare il campione. • Campioni elastici devon esser congelati criogenicamente per renderli

fragili. • Campioni biologici spesso omogeneizzati con un blender (tipo

“minipimer”)• Setacciature prima della macinazione• Rimozione dell’acqua o essicazione fino a peso costante (se c.

termicamente stabile e non ci son volatile forno a 100-110°C; per campioni igroscopici (assorbono acqua dall’atmosfera) o reattivi, essicatore a vuoto; per non perder analiti volatili o per campioni non riscaldabili si usa liofilizzazione (congelamento rapido del campione e rimozione dell’acqua per sublimazione sotto vuoto)

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Dissoluzione e digestione di specie insolubili

La dissoluzione di campioni inorganici insolubili (geologici) richiede spesso la degradazione del campione; si usano acidi e basi forti, acidi per analiti cationici, basi per analiti anionici.

Digestione di materiale organico (processo in cui un solido è trattato chimicamente per decomporlo e portare gli analiti in forma adatta all’analisi) può essere per incenerimento/ashing a secco o a umido.

Spesso per analisi di cationi si usano acidi forti (HNO3, HCl, HF, H3PO4, H3SO4, H2S2O8 o miscele). Per analisi di specie inorganiche in campioni biologici si impiegano digestioni acide e MWAD.

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Filtrazione e tecniche di pretrattamento del campione basate su membrane

Filtrazione è processo in cui una barriera semipermeabile (filtro, membrana, mezzo poroso) consente soltanto il passaggio di certe tipologie di molecole. Questi processi di separazione possono essere classificati sulla base della driving force dominante (differenza di concentrazione, di potenziale elettrico, di pressione)

Tecnica Campione

dialisi, elettrodialisi L

filtrazione, microfiltrazione, ultrafiltrazione L

osmosi inversa L

estrazione liquida supportata su membrana L

estrazione L-L su membrana microporosa L

estrazione su membrana in interfaccia assorbente G,L

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Dialisi• Tutte le molecole di dimensioni appropriate possono

passare attraverso una membrana da un canale donatore a un canale ricevente.

• Gli analiti diffondono attraverso la membrana come risultato di un gradiente di concentrazione tra le fasi donatrice ed accetrice

• Nell’elettrodialisi si aggiunge una differenza di potenziale elettrico utile al trasporto di specie cariche.

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Microporous membrane liquid -liquid extraction(MMLLE) impiega membrane idrofobiche (Water analysis can be complicated if the sample contains a large proportion of suspended substances and foreign particles).

(Supported liquid membrane extraction - SLM)

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Tecniche di spazio di testa (HS -head space)• Lo spazio di testa è lo spazio gassoso in una provetta per

campione (vial) sopra il campione solido o liquido. L’estrazione dello spazio di testa è quindi l’estrazione delle componenti presenti in quel gas. Analisi in genere tramite GC

• Spazio di testa staticoIl più semplice, prelievo del HS con siringa a tenuta. Quantità nel

V prelevato è funzione di T e P. Quantificazione è problematica (difficile usare standard interno)

Materiale assorbente (es. Fiala Tenax o fibra SPME)

poly(2,6-diphenylphenylene oxide)11

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Tecniche di spazio di testa (continua)

• Spazio di testa dinamicoGas inerte è impiegato per rimuovere gli analiti dallo spazio

di testa del campione. Poiché si immette gas “fresco” in continuazione, il quantitativo rimosso non si limita alle concentrazioni all’equilibrio nelle 2 fasi secondo il coeff. di partizione. Dopo la rimozione dalla vial del campione, gli analiti sono intrappolati in una trappola (t. con solvente o una trappola raffreddata con liquidi criogenici o con un adsorbente adatto).

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Analisi VOC (ppm � ppb� ppt � ppq)

HS; DHS; P&T; Cool P&T

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Limiti di legge

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Preparativa P&T- Purging -

TRAPPURGE

GAS

VENT

DETECTOR

GCCARRIER

GC

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TRAPPURGE

GAS

VENT

DETECTOR

GCCARRIER

GC

Preparativa P&T- Inject -

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Aspetti critici

– Termostatazione in purging

– Abbattitore di schiuma

– Flash termico della trappola

– Eliminazione dell’acqua

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Thermocouple

Infrared Heater Heating a Sample

Infrasparge Sample Heater

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Riscaldamento diretto della trappola

– Trappola isolata– Controllo di temperatura

diretto– Corrente diretta alla trappola

Portano a:1. Riscadamento rapido

rigidamente controllato2. Riduzione del tempo di

desorbimento3. Riduzione del tempo di

raffreddamento

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Cyclone Water Management (I)

TrapSparger

• L’acqua transita con gli analiti

• WMF è in linea prima della trappola durante la fase di “Purge”.

• In questa fase il WMF viene tenuto a 100°C e l’acqua passa attraverso questo raggiungendo la trappola con gli analiti.

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Cyclone Water Management (II)

• Durante la fase di “Desorb” il WMF è mantenuto a temperatura ambiente e l’acqua è fermata mentre gli analiti sono trasferiti alla colonna.

Trap

GC

• Precipitazione dell’ acqua

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Cyclone Water Management (III)

• Durante la fase di lavaggio (Bake) il WMF è riscaldato a 240°C e l’acqua precedentemente fermata viene vaporizzata e scaricata al Vent.

To Vent

• Durante la fase di bake il sistema si condiziona per il campione successivo

• Eliminazione dell’acqua

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Autocampionatore per acque e/o terreni modello OI 4552

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WATER SAMPLING

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SPARGING

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To trapMetodo di Riferimento EPA 5035

Estrazione da Terreni

Aggiunta di acqua al campione di terreno e miscelazione della sospensione.

Estrazione in loco dei volatili dalla con gas inerte e contestuale traserimento alla trappola del “Purge and Trap”.

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Estrazioni

• Tecniche di estrazione liquidaEstrazione SoxhletPLE-ASEMAESAESFE

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Intrappolamento su un solido (ad)sorbente

• L’eluizione è il processo di passare un liquido o un gas attraverso un adsorbente, per trasportar via gli analiti dallla fase stazionaria

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Qualche esempio di pretrattamento e separazioni analitiche per l’analisi di campioni complessi

https://www.openstarts.units.it/dspace/bitstream/10077/3167/1/Tesi%20Falomo.pdf

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1. Messa a punto di metodiche per la

determinazione di composti

organostannici in ambiente marino

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 30

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R n Sn X 4 - n

Composti organostannici

Processi di distribuzione nell’ambiente marino

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo

R = alchile, arile X = Cl-, Br-, OH-

TBT: (CH3CH2CH2CH2)3 – Sn+

DBT: (CH3CH2CH2CH2)2 – Sn2+

MBT: (CH3CH2CH2CH2) – Sn3+

R = alchile, arile X = Cl-, Br-, OH-

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R n Sn X 4 - n

Modificato da: Hoch, M., 2001. Appl. Geochem. 16, 719-743

Vernici antivegetative

Reflui industriali

Degradazione fotochimica

Reflui urbaniPercolatiTrasporto superficiale

Bioaccumulo

Adsorbimento

Desorbimento

Ris

os

pe

ns

ion

e

Biodegradazione

Biota

Sedimenti

Particolato

TBT � DBT � MBT

Composti organostannici

Processi di distribuzione nell’ambiente marino

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 32

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Composti organostannici

Rilevanza ambientale

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo

- Crassostrea gigas � Allevamenti di ostriche di Arcachon Bay:

- diminuzione della riproduzione

- anomalie nella calcificazione delle conchiglie

- Gasteropodi marini � imposex

Rilevanza ambientaleRilevanza ambientale

- Molluschi (Mytilus galloprovincialis) � Azione su stress protein

Non esistono biomarker specifici per il TBT. La quantificazione

chimica risulta, al momento, l’unico metodo certo per la sua

individuazione e quantificazione.

http://www.vliz.be/imisdocs/publications/63431.pdf

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Composti organostannici

Legislazione

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo

- Francia, 1982: proibito su imbarcazioni di lunghezza <25 metri

- Provvedimenti analoghi in Italia, Regno Unito, Stati Uniti,

Svizzera, Germania e Giappone

- 2001 IMO (Organizzazione Marittima Internazionale):

Gennaio 2003: bandito l’utilizzo delle vernici contenenti TBT

Gennaio 2008: rimozione completa delle vernici contenenti

stagno dagli scafi delle navi

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Composti organostannici

Legislazione

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo

- D.M. 367/2003: TBT e DBT vengono identificati come sostanze

prioritarie pericolose.

- Limiti per il raggiungimento standard di qualità per la matrice

acquosa e per i sedimenti delle acque marino-costiere, lagunari e

degli stagni costieri:

Standard di qualitàdelle acque (μg/l) Standard di qualità

sedimenti (μg/kg s.s.)2008 2015

DBT catione

0,01 0,001

TBT catione

0,001 0,0001 5

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Composti organostannici

Metodiche tradizionali

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo

DETERMINAZIONE STRUMENTALEGC-MS

PURIFICAZIONE per cromatografia su colonna Florisil- Eluente n-esano

Evaporazione solvente

Evaporazione solvente scambio solvente: n-esano

DERIVATIZZAZIONE0,5 mL CH3MgBr 3M in dietiletere

RIPARTIZIONE L/LDiclorometano (10 mL x 3)

ESTRAZIONE HCl 37% + tropolone 0,05% in CH3OH

in bagno a ultrasuoni (x 2)

Aggiunta standard interno TPrT

Campione liofilizzato 0.5 g

DETERMINAZIONE STRUMENTALEGC-MS

PURIFICAZIONE per cromatografia su colonna Florisil- Eluente n-esano

Evaporazione solvente

Evaporazione solvente scambio solvente: n-esano

DERIVATIZZAZIONE0,5 mL CH3MgBr 3M in dietiletere

RIPARTIZIONE L/LDiclorometano (10 mL x 3)

ESTRAZIONE HCl 37% + tropolone 0,05% in CH3OH

in bagno a ultrasuoni (x 2)

Aggiunta standard interno TPrT

Campione liofilizzato 0.5 g

SPME

(Solid Phase Microextraction)

Automatizzazione

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Composti organostannici

Obiettivi

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo

- Messa a punto di metodiche per la determinazione di

organostannici in:

Acqua – Sedimenti – Biota

� Veloci, sensibili e precise

- Ottimizzazione

- Validazione: LOD, sensibilità, precisione accuratezza

- Utilizzo di Materiali di Riferimento Certificati

- Circuiti di Calibrazione Interlaboratorio

- Applicazione: studio di bioaccumulo su Mytilus galloprovincialis

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Acqua dolce – acqua marina

Campione

+

tampone acetato (pH 5)

+

derivatizzante 2%

HS SPME

Fibra DVB/CAR/PDMS 50/30 µmGC - MS

LOD ~ 3 ng[Sn]/l

Composti organostannici

Messa a punto analitica

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 38

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Sedimento

Estratto metanolico

+

tampone acetato (pH 4.3)

+

derivatizzante 2%

HS SPME

Fibra DVB/CAR/PDMS 50/30 µm GC - MS

LOD < 1 μg[Sn]/kg s.s.

Estrazione HCl 20%/MeOH 1:1 ; 2 h sonicazione

Validazione: CRM BCR 462 (coastal sediment)

Composti organostannici

Messa a punto analitica

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 39

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Biota

Estratto metanolico

+

tampone acetato (pH 4.3)

+

derivatizzante 2%

HS SPME

Fibra DVB/CAR/PDMS 50/30 µm GC - MS

KOH in MeOH 25% ; 2 h sonicazione

Validazione: CRM BCR 477 (Mytilus edulis freeze-dried mussel tissue)

Composti organostannici

Messa a punto analitica

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo

LOD < 10 μg[Sn]/kg s.s.

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Composti organostannici

Messa a punto analitica

Disegno sperimentale

• Individuare i parametri più influenti sull’estrazione SPME

• Ottimizzare l’estrazione

• Aumentare la risposta cromatografica

Scelta dei fattori: Temperatura di estrazione

Tempo di incubazione

Tempo di estrazione

30 – 50 °C

5 – 15 min

10 – 40 min

Scelta delle risposte: aree cromatografiche degli analiti

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 41

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701±49782±61DBT

922±119898±78TBT

Valore determinato(μg[Sn]/kg s.s.)

Valore certificato(μg[Sn]/kg s.s.)

Analisi del materiale certificato BCR CRM 477 (Mytilus edulis – freeze dried mussel tissue)

35±334±6DBT

25±422±6TBT

Valore determinato(μg[Sn]/kg s.s.)

Valore certificato (μg[Sn]/kg s.s.)

Analisi del materiale certificato BCR CRM 462 (freeze-dried coastal sediment)

Linearità biota

R2 = 0,9989

R2 = 0,9992

0 50 100 150 200 250

Conc (ng Sn g-1

ss)

Are

a

TBTDBT

Linearità sedimento

R2

= 0,9989

R2

= 0,9971

0 5 10 15 20

Conc (ng Sn g-1

ss)

Are

a

TBTDBT

Composti organostannici

Validazione (1)

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 42

Page 43: CHIMICA ANALITICA II - Moodle@Units ANALITICA = preparazione del campione +determinazione analitica Preparazione del campione = separazione di componenti di una miscela , grazie a

- Partecipazione a circuiti interlaboratorio (QualityConsult)progetto “TBT Impacts”, finanziato dalla Commissione Europea (Contract EC INCO-

CT-2005-510658).

- Acqua di mare; blind solution

- Sedimento liofilizzato

- Mytilus galloprovincialis (mussel tissue liofilizzato)

Composti organostannici

Validazione (2)

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 43

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Composti organostannici

Validazione (2)

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo

Z-score = (XLAB-X)/σ

|Z| ≤ 2: soddisfacente

2 < |Z| ≤ 3: dubbia

|Z| > 3: insoddisfacente

Acqua di mare

Sedimento Biota

MBT N.D. 0.3 0.0

DBT 0.7 0.0 0.0

TBT 1.1 - 0.7 0.2

Z-score:

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- Valutazione del bioaccumulo su Mytilus galloprovincialis

Composti organostannici

Biomonitoraggio

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 45

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Composti organostannici

Biomonitoraggio

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo

branchie

epatopancreas

resto del corpo

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Page 47: CHIMICA ANALITICA II - Moodle@Units ANALITICA = preparazione del campione +determinazione analitica Preparazione del campione = separazione di componenti di una miscela , grazie a

Composti organostannici

Biomonitoraggio

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo

0

500

1000

1500

2000

μg/

kg s

.s.

Epato Branchie R. corpo

Organostannici totali

0

34

49

96

146

Campionamenti:

0 – 34 – 49 – 96 – 146 giorni

Epatopancreas

0%

20%

40%

60%

80%

100%

0 34 49 96 146 Controllogiorni

TBT

DBT

MBT

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Composti organostannici

Biomonitoraggio

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo

Epatopancreas: 13%

Branchie: 17%

Resto del corpo: 70%

0

50

100

150

200

250

μg/

kg

s.s.

Epato Branchie R. corpo

Organostannici totali

0

34

49

96

146

-

Branchie: 17%

Resto del corpo: 70%

48

Page 49: CHIMICA ANALITICA II - Moodle@Units ANALITICA = preparazione del campione +determinazione analitica Preparazione del campione = separazione di componenti di una miscela , grazie a

- Le metodiche messe a punto con l’utilizzo della SPME sono veloci e sensibili e presentano caratteristiche molto soddisfacenti per:

- LOD

- Linearità

- Ripetibilità

- Accuratezza

- Validazione attraverso utilizzo di materiali di riferimento certificati e

partecipazione a circuiti di calibrazione interlaboratorio.

- Determinazione multianalita (anche metil-mercurio!)

Composti organostannici

Conclusioni (1)

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 49

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- La metodica sul biota è stata impiegata per uno studio di bioaccumulo su Mytilus galloprovincialis:

- aumento immediato delle concentrazioni negli organi analizzati, in particolare nell’epatopancreas

- aumento drammatico in corrispondenza del campionamento a 146 giorni

- fattori legati al ciclo vitale dei mitili?- risospensione del sedimento?- utilizzo di vernici contenenti TBT?

- Difficoltà di controllo sull’utilizzo di vernici contenenti TBT

Composti organostannici

Conclusioni (2)

Dottorato di Ricerca in Metodologie di Biomonitoraggio dell’Alterazione Ambientale – XXI Ciclo 50

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51

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Alcuni esempi:

naftalene antracene fenantrene

pirenefluorantene crisene

Benzo(a)pirene52

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ns esperienza

2 x Echo HiVol di TCR Tecoracon Testa Digitel PM 10

2x Echo PUF di TCR Tecora(su PTS, ISO 12884:2000)

2 x Hydra dual sampler di FAI InstrumentsPM10 & PM2.5 (o 2 x PM10)

53

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4.2 Analisi degli IPA � Estrazione tramite Micro - Soxhlet

• Tipo di solvente: Cicloesano Pestanal• Quantità di solvente: 60 ml• Tempo di estrazione: 2 ore

� Purificazione degli estratti:• Rotavapor + 2ml di miscela acetonitrile + metanolo +

tetraidrofurano (70:30:20)• Vasca ad ultrasuoni• Filtro a 45µm => vials

� Analisi tramite HPLC - FD Estrazioni e Analisi eseguite presso ARPA-FVG Dip. Trieste

54

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DTD - GC/MS per la determinazione di SVOC nel PM� elevata sensibilità per SVOC

� piccoli volumi di aria aspirati (possibilità di acquisire ad elevata risoluzione temporale )

� completamente automatizzabile

� solvent free

� elevata ripetibilità delle analisi

� possibilità di quantificare moltissimi analiti

55

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Determinazione del LOD e LOQ Linearity(r2) LOD(ng) LOQ(ng) Phenantrene Phe 0.99 0.026 0.262 Anthracene Ant 0.96 0.026 0.261 Fluoranthene Ft 0.99 0.008 0.082 Pyrene Pyr 0.98 0.011 0.115 Benzo[a]anthracene BaA 0.99 0.003 0.033 Chrysene Chry 0.97 0.004 0.038 Benzo[b]fluoranthene BbFt 0.95 0.006 0.058 Benzo[k]fluoranthene BkFt 0.95 0.012 0.118 Benzo[a]pyrene BaP 0.99 0.011 0.107 Indeno[1,2,3-cd]pyrene IP 0.99 0.006 0.055 Dibenzo[ah]antracene DBahA 0.99 0.005 0.054 Benzo[ghi]perylene BghiP 0.99 0.008 0.078

Fustella

Agilent 6890N/5793INERTColonna J&W 122-3832 DB-35MS

GC oven program 55°C in solvent vent mode vent pressure of 60mL/min Rampa da 55 a 160°C a 50°Cmin−1

Da 160 a 320°C a 25°Cmin-1 holding per 10minTDU temperatureDa 30 a 280°C a 15°C/min quindi a 280 °C per 10 min.Transfer temperature 300°C. CIS 3 liner , peltier cooled, at 10°C.MS in selective ion monitoring (SIM) mode.

Dott. Sergio Cozzutto email: [email protected]

56

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Area esposta su filtro da 47mmA=(1254.95±2.79)mm2

n=23Con confidenza 95%

Area campionata con punzone 14mmA=(159.47±1.84)mm2

~1/7 o ~12.7%

57

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esempio su un mese di

campionamento (30 campioni)

preparazione della fustella - - - - -estrazione 8hpulizia silanizzazione 2hpurificazione estratto su silica svaporazione sotto fluzzo di N2

1h

analisi 20minTotale tempo impiegato 11:20'

Solvente impiegato 200ml

preparazione della fustella 1minestrazione 30minpulizia silanizzazione 20minpurificazione estratto su silica svaporazione sotto fluzzo di N2

- - - - -

analisi 20minTotale tempo impiegato 1:11'

Solvente impiegato - - - - -

Confronto, tra il metodo soxhlet vs CIS/TDU, delle tempistiche per le analisi e

relativi consumi di solventi

340h 6L

35h 30'

CIS/TDU

Soxhlet

Autocampionatore GERSTEL MPS2

Facilità di automazione

Elevata ripetibilità

4 repliche di Std IPA 1ng su 24h di analisi

10xtime faster

58

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Media di 6 giornate di campionamento

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

Phe

nant

hren

e

Ant

hrac

ene

Fluo

rant

hene

Pyr

ene

Ben

zo[a

]ant

hrac

ene

Chr

yse

ne

Ben

zo[b

]fluo

rant

hene

Ben

zo[k

]fluo

rant

hene

Ben

zo[a

]pyr

ene

Inde

no[1

23-

cd]p

yren

e

Dib

enzo

[ah]

anth

race

ne

Ben

zo[g

hi]p

eryl

ene

ng/m

3

UNITS

ARPA

Confronto CIS/TDU – GC/MS vs (microsoxhlet) -HPLC fluorescenza .Desorbimento su fustella da 15mm mentre estrazione in microsoxhlet su mezzo filtro da Ø 47mm (Luigi Giorgini – ARPA FVG dip. TS)

CIS/TDU-GC/MSMicrosoxhlet-HPLC

Confronto con NIST SRM1650b Diesel Particulate Material

0

10

20

30

40

50

60

70

80P

hena

nthr

ene

Ant

hrac

ene

Flu

oran

then

e

Pyr

ene

Ben

zo[a

]ant

hrac

ene

Chr

ysen

e

Ben

zo[b

+j+k

]fluo

rant

hene

Ben

zo[e

]pyr

ene

Ben

zo[a

]pyr

ene

Inde

no[1

23-c

d]py

rene

Dib

enzo

[ah]

anth

race

ne

Ben

zo[g

hi]p

eryl

ene

mg/

Kg

ss

media di 4 analisi

SRM1650b DieselParticulate Material

Confronto con NIST SRM1649b urban dust

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Phe

nant

hren

e

Ant

hrac

ene

Flu

oran

then

e

Pyr

ene

Ben

zo[a

]ant

hrac

ene

Chr

ysen

e

Ben

zo[b

+j+

k]flu

oran

then

e

Ben

zo[e

]pyr

ene

Ben

zo[a

]pyr

ene

Inde

no[1

23-c

d]py

rene

Dib

enzo

[ah]

anth

race

ne

Ben

zo[g

hi]p

eryl

ene

mg/

Kg

ss

media di 5 analisi

SRM1649b urban dust

I valori, presentati come medie di cinque analisi, si riferiscono a desorbimenti diretti su aliquote di NIST.Le quantità di materiale analizzato vanno da 0.331 a 0.562 mg Anthracene a parte i recuperi sono in media superiori al 91%, con un eccellenza per quanto riguarda il Benzo[a]pirene con un valore di recupero in media superiore al 97%

59

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BaP nel PM10 durante i turni 8:00-14:00 Studio "Esposizione Vigili comune di Muggia"

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.00

19/0

1/09

26/0

1/09

02/0

2/09

09/0

2/09

16/0

2/09

23/0

2/09

02/0

3/09

09/0

3/09

16/0

3/09

23/0

3/09

30/0

3/09

06/0

4/09

13/0

4/09

20/0

4/09

27/0

4/09

04/0

5/09

11/0

5/09

18/0

5/09

BaP Aquilinia ng/m3 BaP Muggia ng/m3

BaP

PM

10

BaP

PM

2.5

PM

10

PM

2.5

ng/m3 ng/m3 % μg/m3 μg/m3 %02/07/07 35.25 17.96 51 244.33 47.52 1904/07/07 3.87 1.89 49 61.54 17.90 2906/07/07 27.35 56.54 21.65 3807/07/07 30.98 50.00 36.96 7409/07/07 13.18 9.98 76 92.64 31.66 3411/07/07 43.22 29.6 68 37.64 10.75 2913/07/07 80.55 63.51 79 98.6 37.63 3814/07/07 167.49 161.92 97 118.56 46.9 4016/07/07 88.89 57.36 65 135.68 60.55 4518/07/07 197.91 142.52 72 118.00 50.57 43

media= 70 media= 39dev.st= 15 dev.st= 14max= 97 max= 74min= 49 min= 19n= 8 n= 10

Ci siam tolti anche qualche curiosità: S.Lorenzo in Selva (TS)

60

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Dott. Aurelio Latella email: [email protected]

Dott. Sergio Cozzutto

Dr. Pierluigi Barbieri

Dott. Aurelio Latella

Dott. Armando Miliazza

Dr. Gianluigi De Gennaro

Altri analiti

61

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INTRODUZIONE ALLA CROMATOGRAFIA

62

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CROMATOGRAFIE

Famiglia di tecniche di separazione usata per la separazione di miscele complesse nei loro componenti individuali e per determinare la quantità delle componenti.

Tratteremo i principi fondanti della separazione attraverso la loro ripartizione tra una fase stazionaria e una fase mobile

GC, HPLC, TLC, principi e strumentazione

Metodi più recenti SFC, CE, FFF, cromatografia multidimensionale

Capitolo 21 Kellner, 2004

63

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Fondamenti delle separazioni cromatografiche

Una separazione efficiente di composti simili è possibile soltanto attraverso l’impiego ripetuto di stadi di separazione.

Separazioni moltiplicate si hanno impiegando metodi cromatografici.

E’ stimato che 60% delle analisi al mondo son cromatografie

Michail Tswett, botanico russo ha introdotto la cromatografia su colonna nel 1906, per separare pigmenti fogliari. Osservò zone colorate (χροµα chroma γραφεινgrafein, ma Tswett o Cvet, in

russo vuol dire «colore») 64

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Visione d’insieme (1)

• Principio della cromatografia è basato sul passaggio delle costituenti da separare tra due fasi immiscibili. A questo scopo il campione è disciolto nella fase mobile (L, G o fase supercritica) e si muove attraverso una fase stazionaria che può essere un solido o un liquido in una colonna o una superfice solida.

• A seguito delle interazioni dei costituenti con le fasi mobile e stazionaria, dopo un tempo sufficiente essi si separano.

65

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Sviluppo del cromatogramma

Cromatogramma interno

Cromatogramma esterno

66

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Fase stazionaria Fase mobile

gassosa fluida liquida

solida GSC SFC LSC

liquida GLC LLC

Principi di separazione tra fase mobile e stazionaria più importanti: distribuzione e adsorbimento.

Cromatografia di adsorbimento: interazione diretta dell’analita con la superfice della fase stazionariaCromatografia di distribuzione: dipende dalla presenza di un liquido immobilizzato sulla fase stazionaria

67

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Fondamenti teorici / cromatografia su colonna

Lo sviluppo di un cromatogrammaTecnica di eluizione(eluente è sinonimo di fase mobile). Il campione sciolto nella f.m.è posto in testa alla colonna;Continuando ad aggiungere f.m.si procede all’eluizione finchèle sostanze sono separate erilevate alla fine della colonna.

68

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Lo sviluppo di un cromatogramma (2)Una volta che il campione è iniettato, i costituenti si

distribuiscono tra la fase mobile e stazionaria. Se la f.m. è continuamente fornita come eluente, le sostanze si distribuiscono lungo la colonna tra nuova f.m. e la f.s. .

Composti trattenuti in modo più forte impiegano più tempo a essere separati di sostanze che interagiscono poco con la f.s..

Idealmente, le sostanze sono separate dopo un tempo di eluizione e rilevate individualmente alla fine della colonna.

Il segnale registrato come funzione del tempo di eluizione o del volume di eluizione (di f.m.) è chiamato cromatogramma.

69

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Lo sviluppo di un cromatogramma (3)

Se si seguono nel tempo le “zone” in delle sostanze si notano due effetti:

la distanza tra i picchi delle sostanze aumentaI picchi si allargano, rendendo potenzialmente problematiche

alcune separazioni.Si può migliorare in via di principio una separazione se:(a)Le velocità di migrazione sono alterate in maniera selettiva(b)L’allargamento dei picchi è minimizzato

70

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Valori caratteristici di un cromatogramma

Velocità di migrazioni con cui particelle/molecole viaggiano lungo la colonna. Nel caso più semplice, il passaggio delle sostanze tra le fasi mobile (M) e stazionaria (s) è governato da un equilibrio di partizione. Il coeff. (o rapporto) di partizione K per una sostanza è

K= cs/cM

K non può esser dedotto direttamente dal cromatogramma. Il tempo di ritenzione totale t R è leggibile direttamente.

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• Il piccolo picco tM è generato da un composto per nulla trattenuto; è il tempo che le molecole della fase mobile impiegano per attraversare la colonna (“tempo morto”). Il tempo morto include il tempo dall’effettivo punto di iniezione all’effettivo punto di rivelazione.

• La velocità lineare media per l’analita e per la f.m. è derivabile

v = L / tRu = L / tM

L è la lunghezza della colonna

Valori caratteristici di un cromatogramma (2)

72

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Come mettere in relazione t R e coeff. di partizione?La ritenzione di una sostanza corrisponde al suo tempo di

residenza nella fase mobile (l’unica che si muove). Costituenti non trattenuti stanno per tutto il tempo nella f.m., mentre sostanze che interagiscono con la fase stazionaria rimangono per solo una frazione del tempo nella fase mobile, in paragone alle sostanze non trattenute;questa porzione di tempo può essere descritta usando la relazione tra massa di analita nella f.m. e massa totale dell’analita nella colonna:

v = u (cMVM)/ (cMVM + csVs) = u (1 / (1 + csVs / cMVM ))= u (1 / (1 + K (Vs / VM) ))

Vs e VM sono parametri sperimentali misurabili 73

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Si definisce fattore di ritenzione k

k = K (Vs / VM) o k = K / β

Dove β è il rapporto tra fasi.

La relazione con i tempi di ritenzione è derivabile come:

v = u (1 / (1 + k))

L / tR = L / tM (1 / (1+ k))

riarrangiando è possibile dimostrare chek = ( tR - tM ) / tM = tR’ / tM

Il fattore di ritenzione può essere dedotto direttamente dal cromatogramma, sulla base dei tempi di ritenzione totali e dell’hold up time (tempo morto).

I fattori di ritenzione dovrebbero aver valori tra 1 e 5 (k <1 eluito troppo velocemente; >20 tempo di ritenzione intollerabilmente lungo)

74

Dynamics of Chromatography:

Principles and Theory

Di J. Calvin Giddings

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Il fattore di selettività o fattore di separazione è una misura della separazione di due sostanze ed è indicato con αα = KB / KA

= kB / kA

= (tR’ )B / (tR’ )A

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